关键词： 基站   适用场景   分散方式供电系统   磷酸铁锂电池  

摘要： 通过对综合基站分散式电源系统的需求进行分析,对比磷酸铁锂电池的技术特点,梳理出基站分散供电方式的建设思路及应用场景。

关键词： sol-gel   磷酸铁锂   复合材料   磁性   Cu   MnO2   Al2O3  

摘要： 锂离子电池正极材料橄榄石型磷酸铁锂具有对环境无污染、价格低、原料来源丰富、比能量高和安全性能突出等特点,是最有潜力的锂离子电池正极材料中的一种。但是锂离子电池正极材料橄榄石型LiFePO4存在缺点,第一是它的堆积密度小,这样使得其体积比容量低,对应做出来的电池体积相对较大。第二是其离子扩散系数小及电导率低。而材料的电导率κ、磁性和空穴型极化子有关。橄榄石型磷酸铁锂中空穴的自旋与三价铁阳离子(Fe3+)的(tg↑)3(eg↑)2电子结构相关,与拥有(tgT)3(egT)2tg↓电子结构的二价铁阳离子(Fe2+)通过双交换机制发生铁磁耦合,所以失去电子就会引起极子型的畸变,这时会产生自旋极化电荷云。本文使用操作简单、合成条件易于控制、制备材料颗粒小等特点的溶胶凝胶法(sol-gel),通过一步法制备磷酸铁锂碳复合材料;通过两步法制备金属单质铜与磷酸铁锂碳复合材料;通过两步合成AxOy型金属氧化物(二氧化锰、三氧化二铝)与橄榄石型磷酸铁锂碳复合材料。并用TG、XRD、FTIR、SEM、VSM等方法对复合材料的合成过程样品热特性、物相结构、官能团及化学键、微观表面形貌和磁学特性等特征进行了研究。主要研究结果和创新点如下:1.研究了不同碳源对磷酸铁锂复合材料的影响,使用了五种不同的碳源(乙二醇、聚乙二醇4000、聚乙烯醇PVA-124、一水合柠檬酸和葡萄糖)通过溶胶凝胶法(sol-gel)合成LiFePO4/C复合材料。XRD研究表明样品均为橄榄石相磷酸铁锂。SEM测试表明以乙二醇为碳源的样品成多孔结构,而以葡萄糖为碳源的样品颗粒较大,大小为40微米。VSM研究表明:一方面以聚乙烯醇(PVA-124)为碳源的样品相对比饱和磁化强度最大,大小为2.01 emu/g,另一方面以乙二醇为碳源的样品矫顽力最大,其值为170.67 Oe。2.研究了铜(Cu)对磷酸铁锂复合材料的影响,通过两步法合成不同质量比的铜和磷酸铁锂复合材料,并用TG、XRD、FTIR、SEM和VSM等方法对铜和磷酸铁锂复合材料的合成过程样品热特性、物相结构、官能团及化学键、微观表面形貌和磁特性进行了研究。表明复合材料前驱体升温到大概400℃以后可能开始有复合材料合成。复合材料物相结构分析出现明显磷酸铁锂和铜单质的主要峰型,无杂质峰。微观形貌SEM分析表明复合材料颗粒性明显、分散性较好,颗粒大小主要为400 nm。室温下测试磁滞回线表明铜单质的引入使得复合材料的 Ms(emu/g)、Mr(emu/g)和 Area of hysteresis loop(kOe·emu/g)都有微小减小变化趋势。3.研究二氧化锰对磷酸铁锂复合材料的影响,通过两步法合成不同质量比的二氧化锰和磷酸铁锂复合材料,并用TG、XRD、FTIR、SEM和VSM等方法对二氧化锰和磷酸铁锂复合材料的合成过程样品热特性、物相结构、官能团及化学键、微观表面形貌和磁特性进行了研究。表明复合材料前驱体升温400℃以后可能开始有复合材料合成。复合材料物相结构分析出现明显磷酸铁锂和二氧化锰的主要峰型,无明显杂质峰型。微观形貌SEM分析表明复合材料颗粒性明显、分散性较好,颗粒大小主要为168 nm。室温下测试磁滞回线表明二氧化锰的引入使得复合材料的Ms(emu/g)、Mr(emu/g)和Area of hysteresis loop(kOe·emu/g)基本上是随着二氧化锰的增加而增加。4.研究三氧化二铝(A1203)对磷酸铁锂复合材料的影响,通过两步法合成不同质量比的A1203和磷酸铁锂复合材料,并用TG、XRD、FTIR、SEM和VSM等方法对Al203和磷酸铁锂复合材料的合成过程样品热特性、物相结构、官能团及化学键、微观表面形貌和磁特性进行了研究。表明复合材料前驱体升温450℃以后可能开始有复合材料合成。复合材料物相结构分析出现明显磷酸铁锂和Al2O3的主要峰型,没有出现杂质峰。微观形貌SEM分析表明复合材料颗粒性明显、分散性较好,颗粒大小主要为350 nm。室温下测试磁滞回线表明三氧化二铝的引入使得复合材料的Ms(emu/g)、Mr(emu/g)和Area of hysteresis loop(kOe·emu/g)都有微小变化。

关键词： 新能源汽车   动力电池   磷酸铁锂电池   三元锂电池   锂离子电池   三元材料   乘用车   能量密度   技术路线  

摘要： 每类电池都有优缺点,没有最佳,只有更佳,关键是找到合适的市场定位,不同的品质、不同的规格适应不同的需要关于动力电池技术路线的争议由来已久,特别是在2016年达到一个热点。2016年年初,工信部出于对动力电池安全问题的考虑,明确表示暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录,因为三

关键词： 新能源车   松下   电动车   电力动车   新能源汽车   物流车   动力电池   磷酸铁锂电池   特斯拉   比亚迪   轻量化  

摘要： 2014年特斯拉开放专利,算是圆了Elon Musk(环保跑车公司特斯拉的CEO)"人生苦短,恩怨皆休"的心结,但也历史性地推倒了两块多米诺骨牌:首先是让互联网车企看到了智能手机之后又一个逆向破解、弯道超车的机会;同时也让跨国车企和自主品牌感到莫大的威胁,不得不群起应对。但新能源车的机会和危险究竟在哪儿?动力电池产业的催熟是机会今年2月四部委印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,提出到2020

关键词： 锂离子电池   磷酸铁锂   钛酸镧锂   表面包覆  

摘要： 20世纪90年代,具有橄榄石结构的LiFePO4初次被发现可作为锂离子电池的正极材料。研究发现,Li FePO4不仅具有来源广泛,成本低的优点,而且作为锂离子电池正极拥有对环境友好,优异的循环性能,自放电率低等长处,从此成为了锂电池领域的研究热点。多年来,因其自身结构原因,围绕其存在的低的电导率和低的锂离子扩散速率所造成的电化学性能不够完善的缺点,提出并实验了多种改性方法。本论文主要通过表面包覆技术改善LiFePO4电池的电化学性能,考察以不同包覆量的Li0.5La0.5TiO3（LLTO）分别包覆LiFe PO4和LiFePO4/C正极材料对锂离子电池的电化学性能的改善情况,确定最佳包覆量。使用溶剂热法选用两种溶剂:乙二醇（EG）和N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）,制备Li FePO4和以葡萄糖为碳源的LiFePO4/C正极材料,使用溶胶-凝胶法制备LLTO,使用酒精悬浮法对正极材料进行LLTO包覆。利用XRD对制备样品进行物相分析,利用SEM对试样进行形貌分析。然后将正极材料组装成CR2025型扣式电池,通过进行恒流充放电测试和循环伏安法研究了电池的倍率性能和循环性能,使用电化学工作站测试了电池的交流阻抗。实验分别制备了包覆LLTO量为1～4wt.%的Li Fe PO4和LiFePO4/C的锂离子电池正极材料。通过恒流充放电测试得到的结果是:当LLTO包覆量为3wt.%时,LiFePO4/LLTO材料的首次放电比容量最大,且在0.1C、0.5C、1C、2C和5C倍率下的首次放电比容量分别为147.5mAh/g、144.7mAh/g、141.1m Ah/g、129.0m Ah/g和119.8m Ah/g,而未包覆LLTO的Li FePO4在以上各倍率下首次放电比容量分别为113.7mAh/g、110.2mAh/g、108.5mAh/g、99.4m Ah/g和91.0mAh/g。包覆LLTO量为3wt.%的Li Fe PO4/LLTO试样,由低倍率到高倍率循环30次后,容量损失率为23.9%,没有包覆LLTO的试样损失率却高达28.0%,说明通过LLTO包覆提高了热溶剂法制备的Li Fe PO4的比容量及循环性能。循环伏安法测试结果表明:包覆LLTO量为3wt.%的LiFePO4/LLTO试样,峰值最大,且对称性最好,氧化还原峰之间的电位差最小,仅为0.117V,说明此试样的可逆性最好。交流阻抗测试结果显示:包覆LLTO能够减小材料内部电荷转移阻抗,包覆LLTO量为3wt.%的Li FePO4/LLTO试样交流阻抗最小,为22Ω。对LiFePO4/C正极材料包覆LLTO的分析结果表明:当包覆量为2wt.%时,样品的性能最好,在0.1C、0.5C、1C、2C和5C倍率下的首次放电比容量分别为163.7mAh/g、159.8mAh/g、156.1mAh/g、144.9m Ah/g和125.3mAh/g,0.1C下,与商用Li FePO4/C（河南工业大学生产）组装的电池0.1C首次放电比容量150 mAh/g左右高出10 mAh/g左右,由低倍率到高倍率经过30次循环后,容量损失率为24.7%,而未包覆LLTO的LiFePO4/C试样在以上各倍率下首放电比容量为138.6mAh/g、134.2m Ah/g、125.3m Ah/g、109.8m Ah/g和96.4m Ah/g,由低倍率到高倍率经过30次循环后,容量损失率35.6%,说明碳与LLTO的共包覆更好的改善了材料的比容量及循环性能。而循环伏安法,交流阻抗测试结果也表明了包覆LLTO量为2wt.%的溶剂热法制备的Li FePO4/C具有最好的电化学性能。

关键词： 锂离子电池   模型   参数辨识   SOH估计   BP神经网络   支持向量机  

摘要： 新能源汽车技术已经成为未来汽车主要的发展方向之一,随着动力电池制造技术和电池管理技术逐渐成熟,电池的健康状态(StateofHealth,SOH)变得越来越重要。为了保护驾驶员的行车安全,保障电动汽车高效、安全地运行,我们需要准确估计出电池的SOH,及时更换旧电池,给驾驶员提供实时准确的电池健康信息。为此本文针对电池的健康状态估计问题做了如下几个方面工作:(1)通过设计锂电池的标准充放电实验、HPPC(Hybrid Pulse Power Characteristic,HPPC)实验,研究了锂电池的衰减机理。与其它锂电池不同,磷酸铁锂电池存在着一个电压趋于平缓的“平台期”,造成电池SOH估计变得困难;随后在实验的基础上,研究了不同倍率下、不同温升下等磷酸铁锂电池的性质;最后,基于锂电池的工作原理及实验数据,分析得出影响锂电池衰减的主要因素为:锂电池在使用过程中,电池电压的变化、温度的变化、电流的变化和SOC的变化等。(2)研究了几种锂电池模型和几种常用的电池参数辨识方法,分析了电化学模型和等效电路模型各自的优缺点,其中二阶RC等效电路模型不仅能反映电池在化学反应中的活化、极化等动态特性,还能反映电池静态过程中的浓差扩散效应,跟实际电池外特性相比,近似程度较高,但计算量适中,因此作为研究的锂离子电池的电路模型。在HPPC实验数据的基础上,分别用遗传算法、最小二乘法和带遗忘因子的最小二乘法对已建立的锂电池二阶等效电路模型进行参数辨识,对比分析了三者之间的误差以及误差变化的趋势,结论表明,带遗忘因子的递推最小二乘法辨识结果准确度明显好于前面两者,在整个放电循环实验过程中的均方根误差RMSE远小于GA与LS。(3)研究了 BP神经网络算法和支持向量机算法对电池SOH的估计效果。基于电池循环测试数据,选取放电时间T、电压积分E和循环次数作为输入特征量,以电池SOH作为输出。首先,通过BP神经网络预测了电池SOH,最大预测误差可保持在0.7%以下,能有效地跟踪电池SOH的变化;然后,基于支持向量机算法研究了电池SOH的估计方法,为了实现更精确的估计效果,必须对算法里的惩罚因子C和核函数系数g进行寻优,随后,运用K-CV法、遗传算法和粒子群算法寻找最优的参数C和g,比较了 BP神经网络算法和参数寻优后的SVM算法预测得出的误差,结果表明SVM算法预测的最大误差在0.25%以下,明显优于BP神经网络算法;最后,研究了只选取放电的时间T、电压积分E作为输入变量,电池SOH作为输出,利用优化后的SVM算法预测的最大误差下降到0.065%以下,从而验证了选取输入特征量的重要性。本文以磷酸铁锂电池SOH估计为研究课题,发现基于支持向量机的电池SOH估计方法能准确地预测出电池剩余的使用循环寿命,基于支持向量机的电池SOH估计方法具有可靠性好、精度高、实时性好等优点,解决了工程应用中电动汽车动力电池SOH难以估计的问题。

关键词： 锂离子电池   LiFePO4正极材料   TiO2负极材料   电化学聚合  

摘要： 过去的几十年,温室效应和有限的化石燃料促使人们不断开发可持续发展能源和电子传输设备。而发展这些技术关键是提高能量储存的效率。便携式电子设备大多采用锂离子电池做电源。开发锂离子电池关键在于寻找低成本和高安全性的电极材料。Li FePO4作为锂离子电池正极材料受到了广泛的关注,因为不管在学术研究还是工业推广应用它都意义重大。它的高理论容量也占优势,能够达到170 mAhg-1,并且安全性高,环境友好,毒性低。但Li FePO4缺点也比较明显,就是它的电子导电性差和离子扩散性较弱。这些致命的缺陷导致它在大电流密度下稳定性和倍率性能差。本工作针对LiFePO4材料的导电性差,采用了碳掺杂的方法。采用电聚合生成聚苯胺碳层,在碳纳米管修饰的磷酸铁锂表面包覆一层聚苯胺薄层碳源。采用水热合成方法通过LiFePO4颗粒的堆积以及包覆的薄碳层保持了材料的振实密度,实验证明,材料的导电性大幅提高,其振实密度并没有大幅降低,碳纳米管的修饰缩短了锂离子扩散的距离,使其材料表现出优异的电化学性能。采用溶胶凝胶法制备了多孔性的具有完整导电层的LiFePO4材料。活性材料接触良好,保证了电子在各个方向的传导,同时减小了锂离子的扩散距离,大幅提升了锂离子的扩散性和电子导电性。活性材料与电解质能够更好地渗透,材料循环性能稳定而且倍率性能较好。通过改变LiFePO4磷源的方法制备了不同形貌的Li FePO4颗粒。其中盘状的颗粒厚度最小,锂离子传输的距离最短,电子可以在各个方向上传输,同时碳纳米管的加入进一步提升了材料的电化学性能。所以材料的极化现象有所减小,并且电池在成本安全性,材料友好性等方面具有优势。因为LiFePO4半电池相对于全电池有成本和安全性上的劣势,所以考察了LiFePO4/TiO2全电池电化学行为。针对TiO2电极材料导电性差和离子扩散性弱,以及容量低和稳定性差的缺陷,将TiO2材料与氮修饰的孔状石墨烯复合,大大改善了TiO2的导电性和离子扩散性。同时纳米TiO2颗粒嵌入到孔状石墨烯中,可以防止TiO2颗粒在循环过程中粉化,循环性能得到了改善。同时氮的修饰大大提高了材料的容量。

关键词： 电动汽车   磷酸铁锂电池   PNGV等效电路模型   参数辨识   主动均衡  

摘要： 锂离子电池以其比能量高、安全性和热稳定性较好、电压稳定、自放电率低、动态响应快、无记忆效应和寿命较长等优点,广泛作为电动汽车的动力电源使用。为满足电动汽车动力单元的电压要求,常将上百个电池单体串联使用。但由于制作工艺限制,各单体参数不一致,这种差异会随着电池充放电过程而放大,影响电池组的有效容量和寿命。为了解决这一问题,需要研究动力电池组的均衡方法。为了研究动力电池组的均衡方法,需要先了解被均衡对象的特性。本文先通过一系列电池测试,研究了作为动力电池的50Ah的磷酸铁锂电池的外特性。然后分析PNGV等效电路模型,结合电池测试的结果,对PNGV等效电路模型中相关参数进行辨识,建立了50Ah磷酸铁锂电池的PNGV等效模型,并分析了模型的精度,在电压平台期模型误差小于40mV。根据磷酸铁锂电池的特性,分析电池组内单体的不一致对电池组造成的不利影响。本文采用基于开关矩阵的集中电感式均衡拓扑,实现动力电池组的主动均衡。分析了均衡拓扑的工作模态,根据工作模态设计了5种均衡策略。选取偏高容量单体向串联电池组放电和偏高容量单体向偏低容量单体放电两种策略作为研究对象,研究其均衡过程中等效Buck-Boost电路的特性。根据分析结果,对均衡系统进行主电路和控制电路设计。在设计好的均衡系统硬件基础上,为精确控制均衡电流,采用了峰值电流控制方法,并分析斜坡补偿原理。然后针对上述两种均衡策略,设计了开关矩阵的控制逻辑和均衡系统的软件流程。最后分别进行两种均衡策略的实验,测试结果表明均衡系统可以实现串联电池组的均衡,电池组内各单体电压标准差从16mV以上降低至5mV左右。偏高容量单体向偏低容量单体放电的均衡策略均衡速度更快,约比单体对组的均衡策略快1h达到稳定;且单体对单体策略均衡前后平均电压基本不变,单体对组策略平均电压下降6mV,说明单体对单体的均衡效率更高。

关键词： 提钒尾矿   焙烧   磷酸铁锂   石油支撑剂  

摘要： 在当前资源短缺和环境污染问题越来越严重的情况下,固体废弃物的资源化利用已成为了当今社会研究的焦点。河北省承德地区是我国北方著名的钒钛生产基地,蕴藏着丰富的钒钛磁铁矿资源。钒钛磁铁矿经过多次提钒之后产生了大量的尾矿,这对生态环境造成了非常严重的破坏。因此,综合考虑到材料、能源和环保等领域之后,本文提出了一种综合利用提钒尾矿来制备锂离子电池正极材料LiFePO4和高性能石油支撑剂的方法。将提钒尾矿与硫酸混合焙烧,经溶出、固液分离后将Fe等元素以离子的形式富集在溶出液中。通过化学分析的方法对溶出液中Fe元素进行滴定检测。研究了硫酸与提钒尾矿摩尔比、水与硫酸的体积比、焙烧温度、保温时间等工艺条件对Fe浸出率的影响,确定了最佳焙烧工艺:在硫酸与尾矿摩尔比2.5:1,水酸体积比1:1.5,焙烧温度320℃,保温时间3h的条件下Fe的浸出率能达到96.8%。以富铁溶出液为原材料制备黄铵铁矾,研究了反应温度、反应pH值、反应时间对成矾量的影响,并确定了最佳成矾工艺:反应温度95℃、反应pH值2.5、反应时间6h。该条件下已有86.8%的Fe转化为黄铵铁矾。以黄铵铁矾为铁源,Li2CO3为锂源、NH4H2PO4为磷源、葡萄糖（冰糖、淀粉）为碳源,经高温煅烧制备了 LiFePO4/C材料。研究了不同碳源与加入量对锂离子电池电化学性能的影响。以葡萄糖为碳源,且加入的C量与黄铵铁矾的摩尔比为55%时,电池具有较优的电化学性能。首次放电比容量达到141.6mAh/g,首次充放电效率达到98.9%。以富钛渣,铝矾土为原料制备石油支撑剂,结合性能、成本等多因素考虑,当富钛渣掺入量20%,烧结温度1375℃,保温时间2h时,体积密度为1.58g/cm3,视密度为2.86g/cm3,破碎率为4.12%,酸溶解度为4.86%均满足中国石油天然气集团公司企业标准QSY 125-2007中对石油支撑剂性能的要求。

关键词： 磷酸铁锂电池   电池管理系统   SOC估算   Kalman滤波  

摘要： 近年来,随着人们生活水平的不断提高,世界上的汽车数量也大幅增加,其中传统燃油汽车的巨大数量加剧了能源危机和环境污染问题。因此,世界各国纷纷提出要大力发展电动汽车,解决能源和环保问题对汽车行业发展的约束。而动力电池为电动汽车提供动力时,需要时刻显示电池剩余电量以及保证电池安全可靠的运行,这就需要专用的系统对电池进行管理。电池管理系统能够延长电池的使用寿命,降低维护成本,能够最大化的增加电动汽车的续航里程。本文依据电动汽车选用动力电池的标准,确定系统设计所使用的动力电池为SE60AHA型号的磷酸铁锂电池,并根据磷酸铁锂电池的特性,搭建了电池的PNGV等效电路仿真模型,并在恒流放电和动态工况两种标准下,对所建立的仿真模型的正确性进行了验证。对常见的SOC算法进行了分析、比较,介绍温度、放电倍率等因素对电池SOC估算准确度的影响,最终选择了 Kalman滤波算法估算电池的SOC。然后结合电池PNGV等效电路搭建了电池SOC估算仿真模型,并在恒流放电和动态工况两种标准下,对所建立的仿真模型的正确性进行了验证。硬件设计方面,选择ST公司生产的STM32F103ZET6微控制器作为本系统的主控制器,并选择了 ADI公司生产的AD7280A电池监控芯片测量电池参数。按照电路功能将硬件电路分为主控部分、采样部分、均衡部分和通信部分,并设计出各部分功能实现的具体电路。软件设计方面,在keiluVision5开发环境下,编写各程序实现的代码,并进行软件仿真验证代码的正确性。最后,对系统功能进行测试,检验所设计的系统在实际应用是否能满足需求。